[發(fā)明專利]一種外界風(fēng)作用下腔室火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410043871.1
• 申請(qǐng)日: 2014-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN103761919B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)杰;李林杰;原向勇;李開源;范傳剛;付艷云;李曼;萬(wàn)華仙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B25/00
• 分類號(hào): G09B25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司11251
• 代理人: 成金玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種外界風(fēng)作用下腔室火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其具體為研究外界風(fēng)作用下腔室火災(zāi)熱釋放速率、煙氣流動(dòng)、溫度分布、煙氣成分、補(bǔ)風(fēng)速度、熱輻射通量、火焰形態(tài)、窗臺(tái)溢流的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑的數(shù)量越來(lái)越多，高度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。伴隨著大量的高層建筑火災(zāi)的發(fā)生，高層建筑火災(zāi)安全問(wèn)題引起人們的廣泛關(guān)注和深刻思考。高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，著火房間內(nèi)的火焰通過(guò)破碎的窗戶向上蔓延，從而危害其他樓層人員的安全。火焰自下而上的蔓延主要是由于火焰的熱輻射和熱對(duì)流造成的，而熱輻射和熱對(duì)流與通過(guò)窗口火溢流的高度和距離以及溫度有很大關(guān)系。研究室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律，對(duì)于防止火災(zāi)發(fā)生、火災(zāi)的救援工作乃至建筑的防火和防排煙設(shè)計(jì)都具有極其重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。因此，研究高層建筑房間溢流火焰的豎直高度、水平寬度以及溫度分布具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

室內(nèi)火災(zāi)的典型特征是火災(zāi)發(fā)生在相對(duì)封閉而又具有特定開口的空間里，這種特定的開口一般為敞開的門窗，它們使火焰或煙氣得以蔓延到室外或者相鄰房間。煙氣或火焰通過(guò)開口上方溢出房間，而新鮮空氣從開口底部流入房間。在燃料控制燃燒狀態(tài)下，室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展到一定階段，熱煙氣通過(guò)側(cè)向開口溢出，室外冷空氣從開口底部流入房間，形成一個(gè)常見(jiàn)的煙氣溢流場(chǎng)景（如陽(yáng)臺(tái)溢流、窗口溢流）。當(dāng)室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展到通風(fēng)控制時(shí)候，火焰伴隨高溫?zé)釤煔馔ㄟ^(guò)開口上方溢出房間，同時(shí)大量未燃燃料溢出到開口外部，在開口外部發(fā)生激烈而持續(xù)的燃燒，形成開口火溢流現(xiàn)象，與此同時(shí)新鮮空氣從開口底部流入房間。

對(duì)于腔室火災(zāi)和窗口溢流，國(guó)內(nèi)外已有一些研究人員開展不同形式的實(shí)驗(yàn)研究，他們分別根據(jù)特定房間的特點(diǎn)和某些預(yù)定的目的，開展了不同尺度的實(shí)驗(yàn)研究。Kawagoe通過(guò)對(duì)小開口情況下火災(zāi)的研究，發(fā)現(xiàn)了通風(fēng)條件對(duì)于室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展的作用，提出了燃燒速率和通風(fēng)因子的關(guān)系。Tewarson使用木垛和池火作為燃料開展了室內(nèi)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，將燃燒區(qū)域分成了四部分，并給出了可以用來(lái)預(yù)測(cè)不同燃燒區(qū)域分界面的公式。Yokoi在開口上部有豎直壁面的燃燒腔室使用酒精為燃料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)從不同開口尺寸的窗戶溢出火羽流溫度和速度分布進(jìn)行了研究。Webster使用木垛為燃料，研究了小尺度立方體燃燒室模型實(shí)驗(yàn)的火焰高度。Oleszkiewicz對(duì)外部燃燒中火焰的輻射和火焰沿著建筑外壁面向上蔓延的情況進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。Ohmiya等人建立了一個(gè)腔室模型來(lái)預(yù)測(cè)燃燒速率，開展了一系列小尺寸實(shí)驗(yàn)來(lái)研究開口外部火焰的特性。陸凱華等人研究了兩邊側(cè)墻限制條件下建筑外立面開口火焰溢出行為，分析了側(cè)墻對(duì)建筑外立面開口溢出火焰高度特征的影響機(jī)制，提出了基于側(cè)墻間距大小和開口大小的無(wú)量綱耦合火焰高度模型。

前人針對(duì)外界風(fēng)不存在的情況下進(jìn)行了腔室火災(zāi)和窗口溢流相關(guān)的研究，實(shí)際火災(zāi)通常不是在無(wú)風(fēng)條件下發(fā)生發(fā)展的。環(huán)境中氣體的流動(dòng)，將對(duì)處于其中的火災(zāi)行為產(chǎn)生重大的影響。在風(fēng)力的作用下，火災(zāi)燃燒的蔓延和煙氣的擴(kuò)散將由環(huán)境風(fēng)的方向和大小決定。建筑火災(zāi)中，風(fēng)的存在也將會(huì)對(duì)室內(nèi)煙氣流動(dòng)與蔓延產(chǎn)生影響，這主要體現(xiàn)在風(fēng)對(duì)火羽流行為的影響上。

前人針對(duì)著火房間只有一個(gè)開口的情況做了一些研究，針對(duì)兩個(gè)開口的著火房間情況研究較少。當(dāng)著火房間有兩個(gè)開口，并且高度不同時(shí)，房間中將會(huì)產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，煙氣將從較高的開口流出房間，空氣從較低的開口流入房間，煙囪效應(yīng)的形成會(huì)使得房間中的燃燒加劇，并且影響溢流火焰的形態(tài)。同時(shí)，由于外界風(fēng)的大小隨著海拔高度成指數(shù)增加，隨著高層建筑高度的增加，外界風(fēng)的作用也越來(lái)越顯著。外界風(fēng)可能加速火焰在建筑物表面的蔓延，同時(shí)影響著火房間內(nèi)的燃燒。本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要研究?jī)蓚€(gè)開口的著火房間內(nèi)的可燃物在煙囪效應(yīng)和外界風(fēng)的耦合作用下的燃燒情況和溢流火焰的特征。

由于全尺寸火災(zāi)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)動(dòng)大量的人力物力，經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)大，受各種因素影響大，條件難以控制，可重復(fù)性差，因此不易開展。而開展?jié)M足相似性理論的小尺寸實(shí)驗(yàn)研究以揭示外界風(fēng)對(duì)腔室火災(zāi)的影響，是一種較好的選擇。同時(shí)，小尺寸實(shí)驗(yàn)具有易操控性、良好的可再現(xiàn)性以及測(cè)量結(jié)果的可信度高等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種外界風(fēng)作用下腔室火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，能夠在實(shí)驗(yàn)室模擬外界風(fēng)作用下腔室火災(zāi)燃燒情況，研究外界風(fēng)作用下腔室火災(zāi)發(fā)展和窗臺(tái)溢流規(guī)律。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種外界風(fēng)作用下腔室火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體、外立面、外界風(fēng)系統(tǒng)以及配套測(cè)控系統(tǒng)，